材料设计专家系统
工业产品设计专家系统思索
工业产品设计专家系统思索近年来，随着工业技术的不断发展，工业产品设计专家系统越来越受到重视。
工业产品设计专家系统是一种能够帮助设计师提高设计质量、缩短设计周期、降低设计成本的计算机辅助设计工具。
本文主要从以下几个方面来探讨工业产品设计专家系统的思索。
一、工业产品设计专家系统的基本结构工业产品设计专家系统主要由四个基本部分构成：知识库、推理机、用户界面以及数学模型。
其中，知识库是系统的核心，它包含了专家知识和经验，是系统实现判断、推理和决策的基础。
推理机是系统的执行引擎，它能够根据知识库中的专家知识进行推理和决策。
用户界面是系统的交互方式，它提供了用户与系统进行交互的方式，如输入设备、输出设备和菜单等。
数学模型则是将产品的各种参数进行数学建模，从而对产品进行精确的计算和分析。
二、工业产品设计专家系统的优点工业产品设计专家系统有很多优点。
首先，它能够提高设计师的设计效率，缩短产品设计周期。
因为专家系统能够根据之前的设计经验和知识库中的数据进行推理和决策，从而减少了人工的参与，避免了人为的错误。
其次，工业产品设计专家系统能够提高产品的设计质量。
专家系统可以根据实际的设计需求和参数，从知识库中提取相应的知识，进行推理和分析，避免产品出现缺陷和问题。
最后，工业产品设计专家系统能够降低产品的设计成本。
专家系统可以根据之前的生产经验和知识库中的数据进行推理和决策，从而减少了大量的试验和测试成本。
三、工业产品设计专家系统的应用前景工业产品设计专家系统在未来的应用前景非常广阔。
随着科技的不断发展，工业产品的生产和设计仍有很大的提高空间。
未来，工业产品设计专家系统将更加智能化、自动化和高效化。
在设计师独立完成设计难度较大的高难度产品或进行人体工程学设计时，将会更加重要。
四、工业产品设计专家系统的存在问题尽管工业产品设计专家系统有很多优点，但目前仍存在一些问题。
首先，由于专家系统的知识库主要依赖于开发者的经验，因此存在着经验局限性的问题。
材料科学中专家系统的发展现状及趋势
浅析材料科学中专家系统的发展现状及趋势摘要：专家系统在材料科学领域的应用，打破了传统材料科学研究长期依靠实验的研究方法，节省了大量的资源和时间，对材料科学的发展起到了极大的促进作用。
本文对材料科学中的专家系统进行了介绍，包括材料科学专家系统的发展历史、应用领域、应用类型，并对材料设计专家系统、人工神经网络材料专家系统进行了详细介绍，并阐述了材料科学中专家系统的发展趋势。
关键词：材料科学专家系统材料设计专家系统是一种计算机程序系统，这种系统的原理是模拟人类专家解决领域问题的方法来解决领域问题，这种系统特别善于处理非线性关系，由于这种系统模拟专家的方法，因此专家系统特别善于处理需要大量专业知识和经验解决的专业问题。
专家系统包括五个部分，包括接口、知识库、推理机以及数据库等，专家系统的工作方式就是运用系统中存储的知识进行推理，从而得出解决问题的方法，处理专业问题。
专家系统已经广泛应用到各个领域，包括材料科学领域，材料科学领域传统依靠实验进行研究的方法会消耗大量的人力、物力以及时间，将专家系统应用到材料科学研究中，能够通过较少的实验得出研究结果，节约了大量资源。
一、材料科学中的专家系统发展概述1.发展历程20世纪80年代早期，科学家们开始研究应用于材料科学的专家系统，随后科学家们相继进行了许多研究，得到了很大的发展。
80年代晚期，我国开始研究应用于材料科学领域的专家系统，在合金设计和无机材料设计方面做了许多研究。
纵观国内外的研究历史，虽然材料领域的专家系统的研究时间并不长，但是在短时间内取得了很大的发展，取得许多研究成果。
20世纪90年代，材料科学领域的专家系统成为研究热点，近年来，专家系统已经应用到了材料科学的各个领域，为材料科学的发展起到了相当大的促进作用。
2.应用领域根据材料自身的性质对材料进行分类，可以将材料分为高分子材料、金属材料、复合材料等。
根据材料的作用分类，可以将材料分为功能材料和结构材料。
初中专家系统教学设计教案
初中专家系统教学设计教案一、教学目标：1. 知识与技能：使学生掌握专家系统的基本概念、构成要素和功能，能够运用专家系统进行问题求解。
2. 过程与方法：通过案例分析、小组讨论等方式，培养学生运用专家系统解决实际问题的能力。
3. 情感态度与价值观：激发学生对专家系统的兴趣，培养学生独立思考、合作探究的精神。
二、教学内容：1. 专家系统的概念：专家系统是一种模拟人类专家决策能力的计算机程序，它由知识库、推理机和用户界面三部分组成。
2. 专家系统的构成要素：知识库、推理机、用户界面、解释器、知识获取模块等。
3. 专家系统的功能：故障诊断、医疗诊断、金融预测、教育评估等。
4. 专家系统在现实生活中的应用：举例说明专家系统在各个领域的应用，如医疗、工业、农业等。
5. 如何设计一个专家系统：介绍专家系统的设计流程，包括需求分析、知识获取、知识表示、推理机制设计、系统实现等步骤。
三、教学过程：1. 导入新课：通过一个现实生活中的例子，如医疗诊断，引出专家系统的概念。
2. 讲解与演示：详细讲解专家系统的构成要素、功能及其在现实生活中的应用。
通过多媒体演示，使学生更直观地理解专家系统的工作原理。
3. 案例分析：提供几个典型的专家系统案例，让学生分析、讨论这些专家系统的特点、优缺点，从而培养学生运用专家系统解决实际问题的能力。
4. 小组讨论：将学生分成若干小组，每组选择一个案例，讨论如何改进这个专家系统，使之更符合实际需求。
5. 课堂小结：总结本节课所学内容，强调专家系统在现实生活中的重要作用。
6. 作业布置：让学生课后查找相关资料，了解我国在专家系统领域的研究现状，下一节课分享。
四、教学反思：本节课通过讲解、演示、案例分析、小组讨论等多种教学方法，使学生掌握了专家系统的基本概念、构成要素和功能。
在教学过程中，要注意关注学生的学习兴趣，引导学生主动参与课堂讨论，提高他们的独立思考和合作探究能力。
同时，要注重知识与实际应用的结合，让学生明白专家系统在现实生活中的重要作用。
专家系统发展综述
专家系统发展综述专家系统是领域的一个重要分支，自20世纪60年代初以来，已经经历了数十年的发展。
本文将对专家系统的发展历程、基本概念、应用领域以及未来趋势进行综述。
一、专家系统的发展历程专家系统的发展可以追溯到1965年，当时美国科学家Feigenbaum提出了基于规则的专家系统概念。
随后，在1970年，Feigenbaum和Stuart Russell合著的《专家系统》一书出版，标志着专家系统的正式诞生。
在此之后，专家系统经历了快速发展和广泛应用，逐渐成为了人工智能领域的重要支柱。
二、专家系统的基本概念专家系统是一种智能计算机程序，它利用计算机技术和人工智能理论，模拟人类专家解决问题的思维过程，为用户提供专业领域的咨询和服务。
通常情况下，专家系统包括知识库和推理机两个核心组成部分，其中知识库用于存储领域专业知识，推理机则用于根据已有知识进行推理和解决问题。
三、专家系统的应用领域1、医疗领域：医生专家系统可以帮助医生进行疾病诊断和治疗方案制定。
例如，基于医学知识的智能问诊系统，可以根据患者症状和病史，进行初步诊断和用药建议。
2、金融领域：金融专家系统可以帮助银行、证券公司等金融机构进行投资决策、风险管理等方面的工作。
例如，基于金融市场数据的智能投顾系统，可以根据市场行情和投资者风险偏好，制定个性化的投资策略。
3、交通领域：交通管理专家系统可以帮助交通管理部门进行交通流量规划和调度指挥。
例如，基于路网信息的智能交通管理系统，可以根据实时交通信息进行路况预测和交通调度。
4、教育领域：教育专家系统可以帮助教师进行教学辅助和学生学习辅导。
例如，基于学科知识的智能教育辅导系统，可以根据学生的学习需求和学科水平，提供个性化的学习资源和教学方案。
四、专家系统的未来趋势1、知识库的构建与更新：随着知识爆炸的时代到来，专家系统的知识库需要不断更新和优化，以适应领域发展的需要。
因此，如何高效地进行知识获取、整理、表达和更新将成为未来研究的重要方向。
专家系统的意义及实现方法
专家系统的意义及实现方法一、专家系统的发展及其意义智能工程是一门关于知识的自动化处理相应用技术的计算机应用学科。
知识是指全面知识，既包含理论知识相经验知识，又包括数值模型及符号模型描述的知识。
“知识的自动化处理和应用”是指用计算机对知识进行获取、表达、集成、管理、协调及使用等。
该定义表达了智能工程的目的、内容和工作对象。
其目的是利用具有智能的计算机去解决实际问题。
专家系统是智能工程的基础，目的性偏重于应用。
专家系统(ES)是一种大型复杂的智能计算机软件，是人工智能开始走向实用化的标志和里程碑，是人工智能从一般思维规律探索定向专门知识利用的突破口．它把专门领域中若干个人类专家的知识和思考、解决问题的方法以适当方式存储在计算机中，使计算机能在推理机的控制下模仿人类专家去解决问题，在一定范围内取代专家或起专家助手作用。
自从20世纪60年代中期在美国斯坦福大学和麻省理工学院问世以来，专家系统技术迅猛发展，尤其是70年代中期以来．各种实用专家系统不断涌现，广泛应用于科学技术、工业、农业、军事、医疗、教育等众多领域，并产生了巨大的社会效益和经济效益。
1995年我国制定的九五计算机技术科技攻关规划建议把人工智能技术作为四个重点发展的关键技术之一，鼓励继续开发各种实用专家系统及其开发上具。
二、专家系统的结构专家系统的结构，是指专家系统各组成部分的构造和组织形式。
不同应用领域和不同类型的专家系统，其具体结构和功能也不尽相同。
通常一个最基本的专家系统由6个部分所组成。
(1)知识库知识库是专家系统的知识存储器，用来存放求解问题的领域知识。
通常，知识库中的知识分为两大类型：一类是领域中的事实，也即写在书本上的知识及常识；另一类是启发性知识，它是领域专家在长期工作实践中积累起来的经验总结。
(2)数据库数据库也称为全局数据库或综合数据库．用来存储有关领域问题的事实、数据、初始状态(证据)和推理过程中得到的各种中间状态及目标等。
材料设计的原理与方法
材料设计的原理与方法摘要:材料设计是现代材料研制过程中必须首要解决的问题，是材料设计由定性化向定量化方向发展的必然趋势，本文论述了材料设计的定义、范畴和发展现状, 并对材料设计中的各种理论方法进行了详细论述和举例，在此基础上对该领域的发展提出了若干建议。
关键词:材料设计；理论；方法0引言材料设计是材料科学中的一个新兴分支，其内容是应用已有的知识与技术研制具有预期性能的新材料。
它的提出始于50年代，从70年代末期开始有了迅速的发展，特别是近几年来，已经有了不少引人注目的成果，越来越受到发达国家的重视。
生物技术、信息技术和新材料的发展是现代科学技术发展的三大支柱，其中新材料的发展是当代高新技术的基础，也是现代工业的基石，因此人们对材料的研究、开发和性能提出了越来越高的要求。
然而长期以来，材料研究主要采用“炒菜筛选法”或“试错法”，这一般需要依赖大量的试验，造成人力、物力和资源的浪费，设计周期也较长。
随着科学技术的发展，一些新的试验设备和方法的出现以及固体理论、分子动力学和计算机模拟等技术的发展，为材料设计提供了理论依据和强有力的技术支持。
近年来的材料研究表明，将现代新技术用于材料设计，则可用较少的试验获得较为理想的材料，达到事半功倍的效果。
1材料设计的定义与范畴1.1材料设计的定义材料设计的设想始于20世纪50年代，前苏联科学家进行了初期的研究，在理论上提出了人工半导体超晶格的概念。
到1985年,日本学者山岛良绩正式提出了“材料设计学”这一专门的研究方向,将材料设计定义为利用现有的材料、科学知识和实践经验，通过分析和综合,创造出满足特殊要求的新材料的一种活动过程, 其目的是改进已有的材料和创造新材料。
现在材料设计已基本上形成一套特殊的方法,就是根据性能要求确定设计目标,有效地利用现有资源，通过成份、结构、组织、合成和工艺过程的合理设计来制造材料。
其中，关键是材料的成份、结构和组织的设计。
1.2材料设计的研究范畴材料设计的研究范畴按研究对象的空间尺度不同可划分为4个层次，即电子层次、原子与分子层次、微观结构组织和宏观层次，如图1所示。
材料设计原理
一、什么是材料设计材料设计（materials design），是指通过理论与计算预报新材料的组分、结构与性能，或者说，通过理论设计来“订做”具有特定性能的新材料。
这当然说的是人们所追求的长远目标，并非目前就能充分实现的。
尽管如此，由于凝聚态物理学、量子化学等相关基础学科的深人发展，以及计算机能力的空前提高，使得材料研制过程中理论和计算的作用越来越大，直至变得不可缺少。
1995年美国国家科学研究委员会（NRC）邀请众多专家经过调查分析，编写了《材料科学的计算与理论技术》这一专门报告，其中说：“materials by design”（设计材料）一词正在变为现实，它意味着在材料研制与应用过程中理论的份量不断增长，研究者今天已处在应用理论和计算来“设计”材料的初期阶段。
关于材料设计，或者设计材料这类研究，迄今在国际上还没有统一的流行术语或提法。
日本学者1985年就提出了“材料设计学”一词，俄国学者把材料设计包括在“材料学”中。
美国学者在《90年代材料科学与工程》报告中称这类工作为材料“计算机分析与模型化”。
我国1986年开始实施“863计划”时，对新材料领域提出了探索不同层次微观理论指导下的材料设计这一要求，因此，从那时起在“863”材料领域便设立了“材料微观结构设计与性能预测”研究专题。
由此可见，虽然用语有所差别，但基本含义是共同的。
从广义来说，材料设计可按研究对象的空间尺度不同而划分为三个层次：微观设计层次，空间尺度在约1nm量级，是原子、电子层次的设计；连续模型层次，典型尺度在约lμm量级，这时材料被看成连续介质，不考虑其中单个原子、分子的行为；工程设计层次，尺度对应于宏观材料，涉及大块材料的加工和使用性能的设计研究。
二、材料设计的发展概况1、前期研究的回顾“材料设计”设想始于20世纪50年代。
在50年代初期，前苏联便开展了关于合金设计以及无机化合物的计算机预报等早期工作。
那时前苏联卫星上天，说明其使用的材料是先进的。
浅析材料科学中专家系统的发展现状及趋势
三 、 人 工 神 经 网 络 材 料 专 家 系统
人工 神经 网络不 需要任 何先验 函数 的假设 ， 也 不需 要预 先给 定公式
的形式 ， 直接从 已有 的实验数据 出发， 经过有 限次迭 代计算 而得 到一个反 映 实验 数据 内在规律 的数 学模 型， 而 且还 可利用 经过 训练 的网络模 型 进 行 推理预 测， 特 别适合 于研究复 杂非线 性系统 。在材 料领域 中， 人 工神 经 网络 已用 于材料 选择 、成 分设 计 、智能 ／ Ｊ ｕ ： ｉ ： 与控 制 、工艺优 化 、相 变 规 律 的研 究， 特 别是在 材料性能 、缺陷 以及相 变点等 预测方 面， 应 用 更为 突出 。
验 ，因此 比较容 易开发 出设计和 优选类 的专家 系统 。
二 、材 料 设 计 专 家 系 统 材料 设计 专 家系统 是指 应用 积累 的经 验 、知识 、科 学原 理 以及 实 验 规律 进行 推理 ，得 出满 足要 求 的制造 工艺 的计 算机 程序 系统 。近 年 来 ，材 料设 计专 家系 统在 合金 材料 设计 、复 合材 料设 计 以及成 型过 程 中得到 了广 泛 的应用 。应 用材 料设 计专 家 系统对 材料 的制 造工 艺进 行
统、人 工神 经网络材料专 家系统进行 了详 细介绍 ，并阐述了材料科 学中专 家系统的 发展趋 势。 关键词：材料科 学 专 家系统 材料设计
专家 系统 是 一种 计算机 程序 系统 ，这 种系统 的原理 是模 拟人 类 专 家解决领 域 问题 的方 法来 解决 领域 问题 ，这 种系统 特 别善于 处理 非 线 性 关 系 ，由于这 种系 统模 拟专 家 的方法 ，因此 专 家系统 特别 善于 处 理 需 要 大量 专业 知 识和 经验 解 决 的专业 问题 。专家 系 统包 括 五个 部 分 ，
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（
、
《计算机在材料科学中的应用》 结课作业 题
目：计算机用于新材料的设计 班 级： 姓
名： 学
号：
二零一一年五月
计算机用于新材料的设计
——材料设计专家系统
21世纪是一个全新的数字信息时代，人们的生活、娱乐、办公、学习都离不开计算机的帮助。
不仅如此，它改变了包括各个学科领域在内的世界面貌。
21世纪伴随着信息产业的发展，计算机在软硬件方面都取得了长足的进步，而网络技术、信息高速公路的出现，是计算机的应用已远不止科学计算，更成为科技领域存储、传输、处理、加工数字化信息的工具。
在20世纪50年代科学家就设想用计算机进行“材料设计”，其旨是通过理论与计算机预报新材料的组分、结构与性能，或者是通过理论设计来“订做”具有特别性能的新材料，按生产要求“设计”最佳的制备与加工方法。
在“材料设计”的研发下，人工智能在20世纪中叶产生并迅速的发展了起来。
人工智能的研究是要分析人类的思维过程或人类智能可能具有的功能，并在计算机系统中模拟实现。
而专家系统是人工智能研究领域中最活跃、最具实现价值的应用领域之一。
把专家系统应用于我们的材料设计之中，便诞生了材料设计专家系统。
材料设计专家系统是指具有相当数量的与材料有关的各种背景知识，并能运用这些知识解决材料设计中有关问题的计算机程序系统。
最理想的专家系统是从基本理论出发，通过计算和逻辑推理预测未知材料的性能和制备方法。
但由于影响材料的组织结构和性能的因素极其复杂，这种完全演绎式的专家系统还难以实现。
目前的专家系统是以经验知识和理论知识相结合为基础的。
一个完整的材料设计专家系统通常由知识库、工作数据库、推理机、知识获取机制、解释机制和人机接口六个部分组成。
材料设计专家系统根据用户提出的有关材料性能的要求，以综合材料数据库为出发点，在控制策略的引导下，由推理机运用知识库中的有关知识，通过不断的探索推理以达到目标。
材料设计专家系统的工作过程是以知识为基础、对目标问题进行求解的过程，是一个搜索过程。
近几年我国科学家利用专家系统和网络技术, 开发了一个基于web的纤维增强树脂基复合材料设计专家系统原型, 它总结了有关的设计原则、经验和规则, 能在web环境下实现复合材料设计信息的交流和数据的共享, 能实现具有一定功能的复合材料及其典型构件的设计, 实用价值十分明显。
该系统是模拟复合材料设计的专家和工程技术人员根据最初的技术要求和实际条件( 如荷情况、环境条件及几何尺寸和尺寸大小的限制等) , 给出一种设计方案。
复合材料设计过程可分为两大部分：一是材料设计、材料选择和铺层设计部分；二是材料性能预测、应力应变分析、强度校核部分。
在复合材料设计、铺层设计中。
一般是利用从多年实践经验中积累起来的不严格的经验知识，对这部分将采用专家系统进行设计，将设计领域内的经验、规定、原则用知识来表示。
通过推理机制分别加载不同的知识库进行推理，从而实现各种情况下的材料设计、选材工作和铺层设计工作。
基于Internet 专家系统，用户通过浏览器提交请求， web服务器收到请求后将请求格式化并送至逻辑服务器（Logic Server），Logic Server根据请求从知识库提取所需知识，进行推理，并将结果传回Web服务器。
web 服务器将格式化推理结果，传回用户浏览器。
该系统能再web环境下，实现复合材料设计信息的交流和数据的共享，整个设计过程通过一系列的人机交互对话，可不停反复进行，直到得到比较满意的结果为止。
同时，材料设计专家系统也被用于热处理工艺的制定，我们称其为热处理工艺专家系统。
热处理工艺专家系统可根据用户提供的零件信息自动推理出最适当的热处理工艺，并确定相应的保温温度和时间等参数；在得到用户调整后，系统自动绘制出热处理工艺卡，并将工艺卡中的有关信息存储，以便以后需要时进行使用和研究。
系统的知识库由事实库、规则库和实例库组成，包括金属材料数据库、热处理工艺数据库、典型零件数据库。
热处理工艺专家系统以用户选择输入的有关零件的初始信息为条件，搜索金属材料数据库或热处理工艺数据库，得到与之匹配的粗略的工艺信息提供用户选择或确认，然后以此条件再次搜索金属材料数据库或热处理工艺数据库，得到较精确的工艺信息，如此多次搜索，最终得到推理结果，经过用户调整确认
后，即形成正式的工艺文件。
热处理工艺专家系统中的知识库是一个动态结构。
在用户使用过程中，知识库应当能够不断地更新与完善，从而使系统表现出越来越好的使用效果。
钢材用户为了限制淬透性的波动，往往对特定钢种的一些合金元素提出更窄的成分范围。
然而即使采用在严格的化学成分标准，淬透性的波动仍然很大，这是因为几乎每一个合金元素几乎都能使钢的淬透性增加，而且元素对淬透性的增加的叠加不是简单的算数加和。
为了解决这个问题，OVAKO公司开发了钢超精淬透性预测和控制系统，将用户的淬透性要求同炼钢工艺过程的淬透性控制联系起来，钢厂能够按用户的要求提供具有指定淬透性的钢材。
作为一种理论研究工具，材料设计专家系统推动了人工智能的发展，也推动了材料界的进步。
作为一种实用工具，材料设计专家系统为人类保存、传播、实用和评价知识提供了一种有效的手段。
材料设计专家系统在21世纪中必将有着更加广阔的发展前景与运用空间。